Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики" Московский институт электроники и математики Департамент компьютерной инженерии Программа государственного экзамена по специальности 230101.65 Вычислительные машины, комплексы, системы и сети для образовательной программы «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети». Специализация "Вычислительные машины, комплексы, системы и сети" Разработчики программы: Вишнеков А.В., д.т.н., проф., avishnekov@hse.ru Филиппов В.А., к.т.н., с.н.с., vfilippov@hse.ru Одобрена Академическим советом ОП «___» ____________ 2015 г. Академический руководитель образовательной программы Ю.И. Гудков _________________ Утверждена УС МИЭМ НИУ ВШЭ «___»_____________201_ г. Ученый секретарь В.П.Симонов___________ Москва, 2015 Настоящая программа не может быть использована другими подразделениями университета и другими вузами без разрешения подразделения-разработчика программы. Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики». Образовательная программа «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» Программа государственного экзамена по специальности. 1 Область применения и нормативные ссылки Программа разработана в соответствии с: 2 Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки 230101.65 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети». Положением об итоговой государственной аттестации Университета. Рабочим учебным планом образовательной программы «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети», утвержденным в 2015г. Содержание Организация ЭВМ Архитектуры ЭВМ. CISC и RISC архитектуры. Основные подсистемы, входящие в состав ЭВМ, их назначение и пути развития. Архитектура фон Неймана и её реализация в современных вычислительных системах Архитектура ПЭВМ с общей шиной. Архитектура семейства микропроцессоров Intel x86 (регистры, защита памяти, структура ввода-вывода). Центральный процессор. Структура ЦП. Основные блоки и устройства, включенные в состав ЦП и их назначение. Характеристики ЦП. Типы данных. Классификация команд. Процедура выполнения команд. Конвейер команд. Режимы адресации операндов и команд. Подсистема памяти. Иерархия памяти. Виды ЗУ, относящиеся к различным уровням иерархии, их особенности и назначение. Понятие виртуальной памяти. Назначение. Методы организации и управления виртуальной памятью. Кэш-память. Типовая структура. Принцип работы КЭШ. Способы размещения данных в КЭШ. Назначение и общие принципы организации подсистемы прерывания программ. Характеристики. Программно-управляемый приоритет прерывающих программ. Маскирование прерываний. Подсистема ввода/вывода. Принципы организации. Каналы ввода-вывода. Интерфейсы. Сети и телекоммуникации. Архитектура (физическая и логическая структуризация) сети. Сетевые службы. Понятие «открытая система». Многоуровневый подход. Протокол. Интерфейс. Модель OSI. Сетезависимые и сетенезависимые уровни. Модульность и стандартизация. Источники стандартов. Стандартные стеки коммуникационных протоколов. Стек протоколов. Стеки OSI, TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB. Передача цифровых данных по аналоговым каналам. Квадратурно-амплитудная модуляция Импульсно-кодовая модуляция. Каналы передачи данных Т1/Е1, Т2/Е2, Т3/Е3. Сети Ethernet. Принципы функционирования, формат кадра, виды сетей Ethernet. Протокол TCP/IP, форматы кадров, управление трафиком и обеспечение QoS. Фрагментация и дефрагментация потока передаваемых данных. Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики». Образовательная программа «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» Программа государственного экзамена по специальности. Протокол IP. Адресная маршрутизация, фрагментирование. Адресация в крупных и глобальных вычислительных сетях. Необходимость различных уровней сетевых адресов, их взаимосвязь. Сетевой уровень модели OSI/ISO, его взаимосвязь с нижними уровнями. Протоколы IP и ARP. Способы построения маршрутов в крупных и глобальных вычислительных сетях. Технологии межсетевого взаимодействия с преобразованием сетевых адресов. Методы передачи данных на канальном уровне. Асинхронные и синхронные протоколы. Обнаружение и коррекция ошибок. Методы обнаружения ошибок. Избыточные коды. Методы восстановления искаженных и потерянных кадров. Компрессия данных. Методы передачи данных на сетевом и транспортном уровне. Методы коммутации данных. Коммутация каналов, ее виды и характеристики. Обеспечение дуплексного режима работы на основе технологий FDM, TDM и WDM. Коммуникационное оборудование. Передача данных по линиям связи. Топология физических связей. Типы и характеристики линий связи и способы их определения. Помехоустойчивость и достоверность. Организация совместного использования линий связи. Стандарты кабелей. Типы кабелей (витая пара, коаксиал, оптоволокно) и их основные характеристики. Беспроводные линии связи (радиосвязь, спутниковая связь, инфракрасная связь). Методы передачи дискретных данных на физическом уровне. Методы и характеристики аналоговой модуляция сигналов данных. Методы и характеристики цифровой модуляции (кодирования) сигналов данных. Структурированная кабельная система. Концентраторы и сетевые адаптеры. Логическая структуризация сети с помощью мостов и коммутаторов. Принципы работы мостов. Коммутаторы локальных сетей. Техническая реализация и дополнительные функции коммутаторов. Характеристики, влияющие на производительность коммутаторов. Типовые схемы применения коммутаторов в локальных сетях. Сочетание коммутаторов и концентраторов. Intranet - технология. Стянутая в точку магистраль на «коммутаторе». Распределенная магистраль на коммутаторах. Виртуальные локальные сети VLAN и сети VPN. Особенности построения мобильных локальных сетей. Маршрутизаторы. Принципы и типы маршрутизации. Протоколы и таблицы маршрутизации в IP-сетях. Внутренние и внешние протоколы маршрутизации Internet. Дистанционно-векторный протокол RIP. Адаптация RIP-маршрутизаторов к изменениям состояния сети. Методы борьбы с ложными маршрутами в протоколе RIP. Принципы объединения сетей на основе протоколов сетевого уровня. Реализация межсетевого взаимодействия средствами TCP/IP. Соответствие уровней стека TCP/IP семиуровневой модели ISO/OSL. Протокол IP. Адресация в IP-сетях. Протокол надежной доставки ТСР-сообщений. Администрирование сетей. Функции и архитектура систем управления (администрирования) сетями. Функциональные группы задач управления. Многоуровневое представление задач управления. Архитектуры систем управления сетями. Схема менеджер — агент. Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики». Образовательная программа «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» Программа государственного экзамена по специальности. Структуры распределенных систем управления. Платформенный подход. Стандарты систем управления на основе протокола SNMP. Концепции SNMPуправления. Примитивы протокола SNMP. Структура SNMP MIB. Недостатки протокола SNMP. Стандарты управления OSI. Агенты и менеджеры. Управление системами, управление уровнем и операции уровня. Информационная модель управления. Управляющие знания и деревья знаний. Использование древовидных баз данных для хранения управляющих знаний. Правила определения управляемых объектов. Протокол CMIP и услуги CMIS. Управление виртуальными сетями. Средства мониторинга и анализа локальных сетей. Анализаторы протоколов. Сетевые анализаторы. Кабельные сканеры и тестеры. Многофункциональные портативные приборы мониторинга. Мониторинг локальных сетей на основе коммутаторов. Наблюдение за трафиком. Защита информации Особенности защиты в компьютерах и информационно-вычислительных системах. Архитектура системы защиты информации в компьютерных сетях. Сетевые экраны. Несанкционированный доступ (НСД). Аппаратные и программные средства защиты от НСД и разграничение доступа к ресурсам. Электронная подпись. Штатные средства зашиты, встроенные в операционные системы. Криптографические средства защиты. Методы защиты баз данных и операционных систем. Методы антивирусной защиты. Защита от Internet-атак. Надежность средств защиты. Программирование. Структура и компоненты программного обеспечения. Принципы организации функционирования компьютера на основе ОС. Режимы работы: мультипрограммный, разделения времени, реального времени и их сравнительные характеристики. Понятие алгоритма, формальное определение алгоритма. Базовые конструкции алгоритмов и типы данных. Понятие программы. Характеристики алгоритмов и программ. Языки программирования. Язык машинных команд (Ассемблер). История и тенденция развития языков высокого уровня. Назначение и особенности языков программирования. Понятие системы программирования. Объектно-ориентированное программирование. Абстракция данных, инкапсуляция, полиморфизм, наследование. Классы, наследование, множественное наследование. Языки объектно-ориентированного программирования. Формальное описание языка. Классы грамматик и их свойства. Разработка пользовательского интерфейса. Типы интерфейсов и этапы их разработки. Пользовательские и программные модели интерфейсов. Разработка и отладка приложений. Компиляторы и интерпретаторы. Методы тестирования программных продуктов. Программирование в Интернет. Язык HTML, структура и разметка документа, теги и их классификация. Язык JavaScript и объектная модель браузера (документа), способы запуска Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики». Образовательная программа «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» Программа государственного экзамена по специальности. скриптов. Язык XML, структура и синтаксис XML-документа, технология трансформации XML-документов. Базы данных. Назначение и основные компоненты системы баз данных. Трехуровневая модель систем баз данных. Понятие модели данных. Модели данных первого поколения (сетевая и иерархическая). Реляционная модель данных. Операции реляционной алгебры. Этапы проектирования баз данных. Проектирование с использованием метода "сущностьсвязь". Системы управления базами данных, состав и основные функции. Обеспечение логической и физической целостности БД. Физическая организация данных в системах БД. Структуры хранимых данных. Методы управления памятью. Индексирование как механизм доступа к данным. Принципы организации и использование индексов. Механизмы размещения и доступа к данным: хеширование и кластеризация. Принципы организации и использование этих механизмов. Оптимизация выполнения запросов. Методы оптимизации по синтаксису и по стоимости. Обеспечение защиты данных при сбоях и от несанкционированного доступа. Управление доступом к данным. Восстановление базы данных. Резервное копирование. Доступ к базе данных в многопользовательских системах. Взаимовлияние транзакций и уровни изоляции транзакций. Блокировки. Распределенные базы данных. Специфика проблем проектирования и эксплуатации. Системное программное обеспечение. Назначение и функции операционной системы. Многослойная структура ОС. Микроядерная архитектура ОС. Процессы и потоки. Планирование, синхронизация процессов и потоков. Мультипрограммирование на основе прерываний. Функции ОС по управлению памятью. Алгоритмы распределения памяти. Свопинг и виртуальная память. Кэширование данных. Функции ОС по управлению файлами и устройствами. Многослойная модель подсистем ввода-вывода. Логическая и физическая организация файловой системы. Файловые операции. Контроль доступа к файлам. Проектирование средств вычислительной техники Концепция системного подхода при проектировании СВТ. Основные этапы проектирования и производства СВТ. Взаимосвязь и взаимообусловленность функционально-логического проектирования, конструирования и технологии производства СВТ. Современные технологии проектирования, нисходящее, параллельное, сквозное проектирование. Понятие автоматизированного проектирования. Этапы решения задач проектирования в САПР/АСТПП/САИТ. Аванпроектирование. Методы принятия проектных стратегий. Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики». Образовательная программа «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» Программа государственного экзамена по специальности. Модели объектов автоматизированного конструкторского проектирования. Системы автоматизации конструкторского проектирования, классификация, структура, принципы автоматизированного конструирования. Основные виды обеспечения (лингвистическое, информационное, математическое и программное). Автоматизация выпуска конструкторской документации. Современные САПР электронной вычислительной техники, их особенности, принципы их реализации. Методы и алгоритмы решения задач компоновки схем, размещения элементов и трассировки их связей. Конструкторско-технологическое обеспечение производства. 3 Классификация интегральных схем (ИС), структуры и топологии. Основные конструкторскотехнологические принципы проектирования полупроводниковых ИС и технологические процессы их изготовления. Прогрессивные методы получения рисунка элементов ИС. Типовая структура техпроцессов изготовления полупроводниковых ИС. Особенности изготовления БИС и микропроцессоров. Перекрестные наводки, помехи по цепям управления и питания. Методика конструирования линий связи с учетом искажающих факторов. Классификация печатных плат (ПП). Классы точности печатного монтажа. Типовые этапы производства ПП. Методы изготовления ПП и многослойных ПП (МПП). Влияние метода изготовления на конструктивные особенности МПП. Общая характеристика технологической подготовки производства средств ВТ. Основные требования к технологическому процессу. Принципы реализации и функциональные возможности автоматизированных систем технологической подготовки производства. Методы обеспечения надежности электронных систем. Способы оценки надежности и качества функционирования электронного оборудования. Общие рекомендации по повышению надежности электронного оборудования. Отбраковочные технологические испытания как средство повышения надежности СВТ. Виды и методы отбраковочных испытаний. Литература Олифер Н.А., Олифер В.Г. Компьютерные сети. Принципы. Технологии. Протоколы: Учебник. СПб: Питер, 2001. Максименко А.В., Селезнев М.Л. Основы проектирования информационно-вычислительных систем и сетей ЭВМ. М.: Радио и связь, 1991. Челлис Дж, Перкинс Ч., Стриб М. Основы построения сетей: Учебное руководство для специалистов MCSE. М.: Лори. 1997. Андерсон К., Минаси М. Локальные сети: Полное руководство. М.: Энтроп, 1999. Флинт Д. Локальные сети ЭВМ: архитектуры, принципы построения, реализация. М.: Финансы и статистика, 1986. Лоу Д. Компьютерные сети для чайников. М.: Диалектика, 1994. Зайцев С.С., Кравцунов М.И., Ротанов С.В. Сервис открытых информационновычислительных сетей: Справочник. М.: Радио и связь, 1990. Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики». Образовательная программа «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» Программа государственного экзамена по специальности. Петраков А.В. Основы практической защиты информации: Учебное пособие для ВУЗов. М.: Радио и связь, 2001. Романец Ю.В. и др. Защита информации в компьютерных системах и сетях. М.: Радио и связь, 2001. Буч Г. Объектно-ориентированное проектирование с примерами применения. М.: Конкорд, 1992. Дюбуа Д., Прад А. Теория возможностей. Приложение к представлению знаний в информатике. М.: Радио и связь, 1990. Вирт Н. Алгоритмы и структуры данных. М.: Мир, 1989. Коутс Р., Влейминк И. Интерфейс "человек-компьютер". М.: Мир, 1990. Гордеев А.В., Молчанов А.Ю. Системное программное обеспечение. СПб.: Питер, 2001. Молчанов А.Ю. Системное программное обеспечение: Учебник для вузов. СПб.: Питер, 2003. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Сетевые операционные системы. СПб.: Питер, 2002. Иванова Г.С. Технология программирования: Учебник для вузов. М.: МГТУ им. Н.Э Баумана, 2003. Иванова Г.С., Ничушкина Т.Н., Пугачев Е.К. Объектно-ориентированное программирование: Учебник для вузов. М.: МГТУ им. Н.Э Баумана, 2003. Орлов С.А. Технологии разработки программного обеспечения: Учебник. СПб.: Питер, 2002. Брауде Э. Технология разработки программного обеспечения. СПб.: Питер, 2004. Коннолли Т., Бегг К. Базы данных: проектирование, реализация, сопровождение. Теория и практика: Учебное пособие. М.: Вильяме, 2003. Дейт К. Введение в системы баз данных. М.: Вильяме, 2005. Грабер М. SQL. Бестселлер #1. М.: Лори, 2001. Карпова И.П. Введение в базы данных: Учебное пособие. М.: МГИЭМ, 2003.